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  • Convertidores analgico-digitales

  • Convertidores analgico-digitales

  • El cuantificador El cuantificador es el bloque al que le corresponde trasladar la tensin analgica de entrada al formato de valores discretos, que vara a incrementos fijos. De manera que la tensin Vc es el equivalente en escalones cunticos de la tensin Ve. El escaln cuntico se expresa como a, y corresponde a la valoracin del bit menos significativo

  • Para cuantificar Para cuantificar una seal es necesario, primero muestrear la seal continua, obteniendo una seal discreta en tiempo con variaciones continua de amplitud. Segundo, es el proceso de cuantificacin propiamente dicho. Una funcin de transferencia ideal de un cuantificador se observa en la figura mostrada mas adelante.De ella ( figura siguiente). se desprende que: a) Existen niveles de decisin b) Los valores comprendidos entre dos niveles consecutivos, se les asigna un valor intermedio fijo y c) La amplitud del escaln es constante, salvo que se usen tcnicas de compresin. En estos casos la amplitud del escaln puede variar en forma logartmica, a modo de ejemplo

  • Seales del cuantificador

  • El codificador El codificador proporciona la traduccin digital correspondiente a la tensin analgica cuantificada Vc.En la seccin siguiente se destacar la funcin del cuantificador y del codificador en un convertidor analgico digital en particular

  • Convertidor analgico digital simultneo

  • Convertidor analgico digital simultneo En la figura se muestra el esquema del convertidor A/D simultneo. Se evidencia la presencia de varios cuantificadores y por tanto, varias salidas Vc, simultneas, como su nombre lo indica.El cuantificador consta de 2n-1 amplificadores operacionales funcionando como comparadores, donde n es el nmero de bits de salida. La tensin de alimentacin de los amplificadores operacionales es positiva y monopolar. A cada entrada inversora se aplican los diferentes niveles de tensin de referencia

  • Convertidor analgico digital simultneo A manera de ejemplo didctico, se analiza un convertidor A/D simultaneo de tres (3) bits. El margen de tensin analgica de entrada, a digitalizar se encuentra comprendida entre 0 y 3 V. El escaln cuntico tiene el valorSe requieren (2n-1) niveles de referencia para abarcar escalonadamente el rango de tensin de entrada de 0 - 3 V.

  • Convertidor analgico digital simultaneo ( el cuantificador) Vref1 = 0,375 V para 0,375 V Ve > 0 V Vref2 = 0,750 V para 0,750 V Ve > 0,375 V Vref3 = 1,125 V para 1,125 V Ve > 0,750 V Vref4 = 1,500 V para 1,500 V Ve > 1,125 V Vref5 = 1,875 V para 1,875 V Ve > 1,500 V Vref6 = 2,250 V para 2,250 V Ve > 1,875 V Vref7 = 2,625 V para 2,625 V Ve > 2,250 VEn general, Vref,mx = Vref(2n-1) = Ve,mx 1 LSB

  • El cuantificadorLo que el cuantificador hace es reducir los infinitos valores de la tensin de entrada ubicados entre 0 y 3 V, a un nmero finito de tensiones o escalones cunticos. Por ejemplo, para valores de Ve comprendidos entre 0 y 0,375 V, el cuantificador genera un solo nivel de salida de 0,375 V, y as sucesivamente. Es evidente que el proceso de cuantificacin ocasiona un error, excepto que Ve coincida numricamente con el valor del escaln cuntico. Este error se reducir incrementando el nmero de bits de salida, o lo que es lo mismo, disminuyendo la amplitud del escaln cuntico.La salida de cada amplificador operacional de cada comparador, tiene los estados:Cero (0) lgico = 0 V y Uno (1) lgico = + Vcc

  • Tabla de funcionamiento del convertidor A/D simultaneo

    CONDICIONES DE COMPARACION LINEAS DE CUANTIFICACION SALIDASC7 C6C5C4C3C2C1S2S1S0 0,375 V Ve > 0 V00000000000,750 V Ve > 0,375 V00000010011,125 V Ve > 0,750 V00000110101,500 V Ve > 1,125 V00001110111,875 V Ve > 1,500 V00011111002,250 V Ve > 1,875 V00111111012,625 V Ve > 2,250 V01111111103,000 V Ve > 2,625 V1111111111

  • Convertidor analgico digital simultaneo (Flash)El codificador proporciona informaciones binarias diferentes, para cada estado del cuantificador. El diseo de este circuito combinacional es extremadamente sencillo. La ventaja fundamental de este tipo de convertidor es su velocidad de operacin, pero a costa de un elevado precio que supone disponer de un gran nmero de comparadores.

  • Convertidores A/D secuencialesEl convertidor A/D secuencial elimina la necesidad de un nmero elevado de comparadores del convertidor A/D simultneos.

  • Convertidores A/D secuenciales

  • Convertidores A/D continuosEl convertidor analgico digital continuo parte de una estructura similar a la del convertidor A/D secuencial y se aproxima al simultaneo, en cuanto a que puede alcanzar mayor velocidad de conversin. Se dice que es continuo debido a que el circuito responde a las variaciones de tensiones de entrada, sin necesidad de poner a cero al contador despus de cada lectura.

  • Convertidores A/D continuos

  • Convertidores A/D por aproximaciones sucesivasEl convertidor A/D por aproximaciones sucesivas responde al diagrama de la diapositiva siguiente, simplificado para cuatro bits de salida. A pesar de que este convertidor es ms complejo que los anteriores, se observa cierta similitud dado que presenta un comparador, un reloj, un codificador y un convertidor D/A en el lazo de realimentacin.

  • Convertidores A/D por aproximaciones sucesivas

  • Convertidores A/D de doble pendienteEl convertidor A/D de doble pendiente (rampa) difiere sustancialmente de los convertidores anteriores. En este convertidor se hace uso del principio de conversin de tensin a tiempo. Tanto la tensin analgica de entrada como la tensin de referencia se convierten en intervalos de tiempo, de tal manera que la relacin entre ambos intervalos es igual a la relacin entre ambas tensiones. El esquema de este convertidor se muestra en la diapositiva que se muestra a continuacin.-

  • Convertidores A/D de doble pendiente

  • Convertidores A/D de doble pendienteEl circuito integrador A1 funciona como integrador negativo. Durante el tiempo Te preestablecido, el condensador C se carga linealmente hacia la tensin de entrada Ve con una pendiente igual a Ve/RC. La tensin de salida del integrador es

  • Convertidores A/D de doble pendienteDado que R, C y Te son constantes, el valor de la tensin de salida, disminuye proporcionalmente a la tensin Ve; y al transcurrir el tiempo Te la tensin de salida alcanza linealmente el valor de Ve. En correspondencia con los valores de entrada Ve1 < Ve2, el valor absoluto de la pendiente me cambia de forma quePor tanto

  • Convertidores A/D de doble pendienteUna vez transcurrido el tiempo fijo Te, el circuito combinacional de control pone a cero al contador (reset) y ordena el cambio del conmutador de entrada de la posicin 1 a la posicin 2. Ahora, la tensin de entrada del integrador es la tensin de referencia cuyo signo debe ser contrario al de la seal de entrada. En este momento, el condensador C se descargar linealmente hasta cero, desde el valor anterior de la tensin Ve. La ecuacin de la recta de carga es:

  • Convertidores A/D de doble pendienteLa pendiente de descarga md = (Vref/RC) siempre es la misma puesto que Vref, R y C no cambian.

  • Convertidores A/D de doble pendienteEs evidente que el tiempo de descarga Td es mayor cuanto mayor sea el valor de la tensin absoluto de la entrada Ve. Como la carga almacenada durante el tiempo Te es igual a la carga removida del condensador, se cumple que

  • Convertidores A/D de doble pendienteDespejando la tensin VeComo Vref y Te son constantesEsta expresin nos confirma que existe una relacin directa entre la tensin de entrada Ve y el tiempo de descarga.Cuando VI pase por cero, finaliza la descarga, y el detector de paso por cero lo indica haciendo a Vc = 1 y ordenando la transferencia del estado del contador a la salida.

  • Ejemplo Un convertidor A/D de doble pendiente de 12 bits, basado en el circuito de la figura 5.8, consta de un reloj de periodo TCLK = 1 s y una tensin de referencia de -10 V. Se requiere que se:A) Determine el valor de la tensin de entrada Ve y la palabra digital equivalente, sabiendo que el ciclo de integracin tiene una duracin de 1,20 ms.B) Calcule el valor de la resistencia R y el valor del condensador C del circuito integrador

  • Ejemplo A) Determine el valor de la tensin de entrada Ve y la palabra digital equivalente, sabiendo que el ciclo de integracin tiene una duracin de 1,20 ms.B) Calcule el valor de la resistencia R y el valor del condensador C del circuito integrador C) Calcule el tiempo de conversin para digitalizar una tensin de entrada de 7 V.D) Determine el valor de la frecuencia mxima de la seal de entrada que puede digitalizar este convertidor, s el rango dinmico es 0 V Ve 10 V

  • Solucin:Parte a) El convertidor integra la tensin de entrada Ve durante un periodo fijo de tiempo Te y dado que Ve se mantiene constante durante el tiempo Te,Despus que el contador ha contado 2N pulsos de reloj durante el ciclo fijo de integracin Te, siendo

  • Solucin:En instante de tiempo t = Te, la tensin de salida del integrador es:A partir de este momento, el condensador descarga esta tensin inicial VI(Te), integrando la tensin de referencia de 10 V en un tiempo de descarga Td de 1,20 ms, por lo cua

  • Solucin:El nmero de pulsos contados durante el segundo intervalo de tiempo de integracin esParte b) Para el calculo de la constante de tiempo de integracin, se asigna

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